跨季节复合储热用于供热的研究

以太阳能为代表的新能源由于其间歇性、不稳定的特性,在供、需两个方面呈现出时间、空间和强度的错配特征,并呈现出季节性特征。但常规的储热系统具有较大的热损耗和较低的效率。基于此,本文首先阐述了跨季节复合储热用于供热的技术背景,其次分析了常见的跨季节储热供暖技术,最后重点以地下跨季节储热技术为例,探究地下复合储热系统特性。

高温显热-潜热复合储热系统传热特性研究

储热是解决可再生能源供需不匹配的重要手段。本文对以空气为传热介质,以显热材料—高铝陶瓷球和潜热材料—熔融盐相变管为储热材料的高温显热-潜热复合储热系统的传热特性开展了实验研究。研究结果表明:在充放热过程中,利用熔盐相变储热材料稳定的相变温度特性,可以有效地提升固体堆积床储热系统的热稳定性。显热-潜热复合储热系统的循环热效率达到75%左右,高于全显热固体堆积床储热系统。

新型地下跨季节复合储热系统性能规律

可再生能源受天气、地域、季节限制,具有间歇性和不稳定性属性,从而导致供需不匹配,跨季节储热是解决上述问题的有效方法。然而,传统地下跨季节储热具有储热方式单一、热量损失大等缺点,本文将水箱储热和地埋管储热相结合,组成新型跨季节复合储热系统。建立并通过实验验证了复合储热系统模型,在此基础上,分析了储/释热质量流量、储热体模匹配、地埋管数量和层间距以及土壤热导率等参数对储热体温度、储/释热量、储/释热功率和热量损失等的影响规律。结果表明,随着储/释热质量流量的增加,系统效率也逐渐增加;储热体规模匹配α值增加,系统效率随之上升,但水箱体积占比的提高,会导致热量损失增大,故储热体规模匹配需综合考虑,既要能达到较高的系统效率,获得较大的储/释热功率,又需尽量减少投资成本,同时降低热量损失;提高地埋管数量,有利于增加储/释热量,提升系统效率;地埋管层间距的增大,增加了储热体土壤体积,从而降低了储热温度,不利于释热的进行,导致系统效率降低;土壤热导率的增加,强化了土壤间热量传递,地埋管储热功率增加,储热峰值温度也因此提高,然而热量散失也加快,释热功率显著降低,导致系统效率下降。

新型地下跨季节复合储热系统热量损失机理研究

可再生能源受天气、地域、季节限制,具有间歇性和不稳定性等属性,从而导致供需不匹配。跨季节储热是解决上述问题的有效方法。然而,传统地下跨季节储热具有储热方式单一、热量损失大等缺点。该文将水箱储热(hot water energystorage,HWES)和地埋管储热(boreholethermal energy storage,BTES)方式相结合,建立跨季节复合储热系统,研究该复合储热系统的储释热温度和储释热量变化规律,揭示系统热量损失机理。结果表明:复合储热模式的储热量和释热量均大于水箱储热模式和地埋管储热模式,其储热量随着运行年限的增长而逐渐降低,释热量则随着运行年限的增长而逐渐增加;对比3种不同储热模式的土壤平均温度,得出地埋管储热模式最高,水箱储热模式最低,复合储热模式居于两者中间;此外,研究发现,复合储热模式的热量损失主要来自上边界,系统运行至第五年上边界的热量损失占比高达42.2%,因此需要对复合储热模式上边界进行有效保温,降低热量损失,提高复合储热系统效率。

MgSO_(4)溶液浓度对MgSO_(4)-4A沸石储热材料性能的影响

相比于显热储热与潜热储热,热化学储热有着储热密度高,热能损失少等优点。作为热化学储热的一种,吸附储热通过吸附剂对吸附质的解吸附和吸附过程实现热能的储存与释放。MgSO_(4)作为一种稳定、无毒、廉价的无机盐,其水合反应释放的水合热包含着大量热能。但考虑到MgSO_(4)纯盐易潮解的缺点,将其储存于多孔载体4A沸石中制得复合储热材料,可以大大减少盐分的损失。结果表明:制备复合储热材料所用的MgSO_(4)溶液浓度增大时,4A沸石中搭载的MgSO_(4)含量会随之增大,其储热密度也相应提升,这也使得复合储热材料应用于建筑供暖成为可能。

热化学复合吸附储热循环的理论及实验

对一种基于固-气可逆化学反应的热化学复合吸附储热循环的储热特性以及能量品位提升性能进行了理论分析,并以MnCl_2/SrCl_2/NH_3作为工质对进行了实验研究。理论分析表明,热化学复合吸附储热循环不仅可以降低外界驱动热源的温度并保证输出热能温度稳定,而且能大幅度地提升输出热能的温度品位。在MnCl_2和SrCl2都参与放热的实验工况下,获得的储热效率为93.31%。MnCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐MnCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为4393.36和3734.36kJ·kg^(-1);SrCl_2复合吸附剂的总储热密度按单位质量反应盐SrCl_2和单位质量的固化吸附剂计量分别为1947.28和1655.19kJ·kg^(-1)。结果表明,热化学储热是一种相当有潜力的储热方式,可为低品位热能的高效回收利用提供强有力的技术支持。

堇青石-莫来石复相储热陶瓷与PCM相容性研究

以煅烧铝矾土、滑石及石英为原料,采用挤出成型,制备堇青石-莫来石复相蜂窝陶瓷,用这种显热储热陶瓷(简称基体)封装PCM制备潜热/显热复合储热材料。设计F系列封装剂配方组成,选择PCM为Al Si20、Na2SO4,制得PCM/蜂窝陶瓷复合储热材料,热震循环(200~900℃)30次,每次循环在900℃保温12 h。利用XRD、SEM、TG-DSC等分析相组成、微观结构、封装剂与基体结合性、基体与PCM相容性、复合储热材料的相变温度及相变焓。结果表明,经1440℃烧成的蜂窝陶瓷,Wa、Pa、D及a轴抗压强度分别为2.38%、6.32%、2.65 g/cm^3,25.77 MPa;XRD显示相组成为堇青石、莫来石及少量镁铝尖晶石;30次热震后,Wa、Pa略有升高,D及σa略有降低。封装剂剪切强度测定结果表明,封装剂F2与基体结合强度最大,达2.53 MPa,SEM显示F2与基体结合良好。热震循环30次后,基体断面SEM图表明,PCM无渗漏。TG-DSC结果表明,经30次热循环后,Al Si20/蜂窝陶瓷复合储热材料的相变范围为571.7~583.5℃,峰值为578.3℃,峰值温度偏移不超过0.7%。复合储热材料具有优良的储热性能。

封装PCM陶瓷储热材料的性能

以红柱石为主要原料,采用原位生成堇青石技术制备高温性能优良的红柱石蜂窝陶瓷储热材料。再利用特制的封装剂将相变材料(PCM)封装在部分蜂窝陶瓷孔中,制备储热密度大的显热-潜热高温复合储热材料。采用SEM、EPMA、TG-DTA等测试方法对封装剂与陶瓷基体的结合性,PCM与陶瓷基体的适应性及复合储热材料的储热密度进行研究。结果表明红柱石蜂窝陶瓷能安全地封装PCM,封装质量分数为20%的K2SO4后的储热密度为987.70kJ/kg(0～1080℃),封装质量分数为16%的NaCl复合储热密度为796.40kJ/kg(0～810℃)。制备的复合储热材料具有较高的储热密度,能实现高温储热。

水合盐热化学储热材料的研究进展

水合盐热化学储热材料可以长周期、高效储存太阳热能、工业余热、废热等中低温热能,是中低温储热领域的研究热点。水合盐热化学储热材料主要通过水合盐与水蒸气之间可逆的脱水/水合反应来进行储/放热。本文首先给出了水合盐热化学储热材料的种类和性质,重点介绍了纯水合盐、水合盐复合储热材料及二元水合盐的研究进展。其中,纯水合盐理论储热密度大,但因其易潮解、腐蚀性强、循环稳定性差等缺点限制了其实际应用。通过将纯水合盐填充入不同的多孔材料制成水合盐复合储热材料可以优化纯水合盐的储热性能。近期的研究表明将两种水合盐混合制备的二元水合盐可以进一步提升纯水合盐的水合速率和循环稳定性。进而,将二元水合盐填充入多孔介质制成二元水合盐复合储热材料,该材料表现出了较高的储热密度和循环稳定性。可以看出,主要可从水合盐复合材料的传热传质强化和二元水合盐成分优化两方面来优化制备水合盐热化学储热材料。

膨胀石墨/五水硫代硫酸钠相变储能复合材料热性能

五水硫代硫酸钠(Na_2S_2O_3·5H_2O)相变储能材料具有较高的相变潜热、储能密度等,但Na_2S_2O_3·5H_2O存在过冷和相分离,性能较不稳定。添加成核剂K_2SO_4、CaSO_4·2H_2O、Na_4P_2O_7·10H_2O和强化传热材料膨胀石墨(EG)进行改性,制备得到性能稳定的EG/Na_2S_2O_3·5H_2O相变储能复合材料。测试结果显示:K_2SO_4对Na_2S_2O_3·5H_2O的成核性较差,CaSO_4·2H_2O、Na_4P_2O_7·10H_2O均有较好的成核作用,可明显降低Na_2S_2O_3·5H_2O过冷度,但CaSO_4·2H_2O体系不稳定,添加3.0%质量分数的Na_4P_2O_7·10H_2O可使Na_2S_2O_3·5H_2O过冷度降低至1℃以内,0.5%~2.0%质量分数的EG可使其过冷度降低至2℃左右,7.0%质量分数的EG可完全消除体系的相分离。复合相变材料的较优组成为7.0%的EG、3.0%的Na_4P_2O_7·10H_2O和90.0%的Na_2S_2O_3·5H_2O。此时,EG/Na_4P_2O_7·10H_2O/Na_2S_2O_3·5H_2O复合材料相变潜热为192.5kJ·kg^(-1),相变时无液态泄露,无相分离,储热时间比纯物质缩短22.3%,放热较快。